在材料学考研复习的过程中，尤其是强化阶段，大家要时常梳理复习的知识点。文都考研小编为大家带来了材料学考研复习专题：工业用钢。

钢的分类和编号

1钢的分类

按用途分类

结构钢：用于制造各种工程结构和各种机器零件的钢种.前者又称为工程用钢或结构用钢，后者包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢。

工具钢：用于制造各种加工工具的钢种.根据工具的不同用途.又可分为刃具钢、模具钢、量具钢。

特殊性能钢：包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢、电工钢等。

按化学成分分类

碳素钢：又分为低碳钢(wc≤0.25%)、中碳钢(wc=0.25-0.6%)和高碳钢(wc>0.6%)。

合金钢：又分为低合金钢(wc≤5%)、中合金钢(wc=5-10%)和高合金钢(wc>10%)。

另外，根据钢中所含主要合金元素的不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、硼钢等。

按显微组织分类

退火状态类：亚共析钢，共析钢，过共析钢，莱氏体钢

正火状态类：珠光体钢，贝氏体钢，马氏体钢和奥氏体钢

室温组织类：铁素体刚，奥氏体钢，双相钢

按品质分类

普通质量钢;

优质钢：ws、wp≤0.035%;

高级优质钢：ws、wp≤0.030%。

2钢的编号

普通碳素结构钢

Q+屈服点数值(单位为 MPa)+质量等级 +脱氧方法

优质碳素结构钢

牌号用两位数字表示，其含义为含碳量的万分之几

碳素工具钢

“T”开头，其后跟以表示含碳量的千分之几的数字

合金结构钢

两位数字(碳量)+合金元素符号 +数字(合金元素量).碳含量为万分之几;合金元素含量为百分之几。如 30Cr nSi

合金工具钢

数字(碳含量)+合金元素符号 +数字(合金元素含量).若含碳量≥1.0%，则不标出;若含碳量<1.0%，则以千分之几标出.如 Cr n9Mn2V

滚动轴承钢

由“GCr+数字”组成.数字表示碳含量的千分之几.如 GCr5

不锈钢与耐热钢(珠光体耐热钢除外)

“数字(碳含量)+合金元素符号 +数字(合金元素含量)”碳含量为万分之几，如 95Cr8.但当含碳量小于 0.8%时，以“06”表示;当含碳量小于 0.3%时，以“02”表示;当含碳量小于 0.1%时，以“008”表示。

合金元素在钢中的作用

合金元素在钢中的分布

溶入铁素体、奥氏体、马氏体或渗碳体的晶格中，形成合金固溶体或合金渗碳体。

与碳或合金元素结合，形成碳化物或金属间化合物。

与非金属(O、N、S)结合，形成非金属夹杂物。

有些元素如 Pb既不溶解于铁，也不形成化合物，以游离态存在。高碳钢中的碳有时也以自由态(石墨)存在。

合金元素对铁碳相图的影响

有的合金元素扩大(缩小)铁素体相区，有的合金元素扩大奥氏体(缩小)相区。

影响相图中 A1、A3、Acm、S、E点位置

合金元素对钢的热处理有影响

影响钢的奥氏体化(稳定奥氏体，防止晶粒粗化)

影响过冷奥氏体的转变(珠光体，贝氏体，马氏体)

影响残余奥氏体和马氏体的转变(二次硬化，第二类回火脆性)

机器零件用钢

机器零件用钢的合金化特点

钢的淬透性(除 AlCo外，均奥氏体稳定性

获得能满足使用要求的回火组织和性能(Mo、W)

钢的切削加工性能(S、Pb、Ca、Te、Se)

渗碳钢———经渗碳处理后使用的钢

化学成分：w =0.10% -0.25%，加入淬透性元素(Mn、CrNiB、Si)、含锰渗碳钢中加入阻止奥氏体晶粒长大元素(TiV)

常用的渗碳钢：152020Mn220Cr nTi20CrNiA

性能要求与应用：心部要求强韧、表面高硬耐磨抗疲劳的零件，如拖拉机的变速齿轮、内燃机凸轮、活塞销等

工艺路线：下料→锻造毛坯→粗切削加工→表面渗碳热处理→热处理→精切削加工

热处理：直接淬火 +低温回火。

热处理后组织：

表层组织：回火马氏体 +粒状碳化物;

心部组织：低碳马氏体(淬透)或含铁素体(未淬透)

调质钢———调质处理后使用的结构钢

化学成分：w =0.25% -0.45%，加入淬透性元素(Mn、CrNiB、Si)、防止第二类回火脆性元素(MoW)、细化奥氏体晶粒的元素(W、MoV、Al等

常用的调质钢：4540Cr30Cr nSi40Crio

性能要求与应用：要求良好的综合性能，如机床主轴、曲轴、连杆、高强度螺栓等

工艺路线：下料→锻造毛坯→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

预备热处理：正火或退火，目的是消除组织缺陷(如带状组织);细化晶粒;降低硬度，便于切削加工。

最终热处理：淬火 +高温回火(600-650℃).

调质处理后组织为回火索氏体。其组织特点以下：

①在铁素体基体上均匀分布的粒状碳化物起弥散强化作用，溶入铁素体的合金元素其固溶强化作用，从而保证钢具有较高的屈服强度和疲劳强度。

② 作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而成的，晶粒细小，使钢的冷脆倾向大大减小。

③ 组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。

弹簧钢

化学成分：wc=0.50% -0.90%，加入淬透性元素、强碳化物形成元素、细化奥氏体晶粒的元素等

常用的弹簧钢：65708565Mn60SiMn50Cr

性能要求：高的弹性极  限或屈强比，高的疲劳强度，耐冲击载荷，具有一定的塑性和韧性。

热成形弹簧工艺路线：热轧钢丝或扁钢剪断→热卷成形→热处理→喷丸

热处理为淬火 +中温回火(400-450℃)

弹簧热处理后的组织：回火托氏体

回火托氏体具有以下特点：

淬火后的马氏体已充分分解，分解出的渗碳体以细小颗粒分布在 α相基体上;α相的回复过程也充分进行，开始多边化，但亚结构尚未长大;残余奥氏体已充分分解，内应力已大部分下降。弹性极  限达到极大值 。

滚动轴承钢

化学成分：w =0.95% -1.10%，加入 CrSiMn、Mo等元素，其目的是淬透性，形成合金渗碳体，使钢种的碳化物细小均匀，耐蚀性

常用的轴承钢：GCr5，GCr5Sin，GCr5Sio

性能要求：很高的强度硬度、接触疲劳强度和耐磨性

工艺路线：下料→轧、锻造毛坯→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

预备热处理：球化退火。目的是：降低硬度，以利于切削加工;获得均匀分布的粒状珠光体，为最终热处理作好组织准备。

最终热处理：淬火 +低温回火(150-160℃)

热处理组织：回火马氏体 +细小均匀分布的碳化物 +少量的残余奥氏体。

工具钢

碳素刃具钢

化学成分：wc=0.65% -1.35%

常用的碳素刃具钢：T8A，T10，T12

最终热处理，淬火 +低温回火(180-200℃)

低合金刃具钢

化学成分：wc=0.75% -1.45%

常用的低合金刃具钢：Cr n9SirCr Mn

最终热处理，淬火 +低温回火(250-300℃)

高速钢

化学成分：w =0.7% -1.6%，加入 W、MoCrCoV等元素，目的是淬透性、防止奥氏体晶粒粗大并产生二次硬化效应、抗氧化耐腐蚀、热硬性。

常用的高速钢：W18CrV，W6Mo5CrV2

性能要求：很高的热硬性、耐磨性和足够的强度，并兼有适当的塑性和韧性

工艺路线：铸件(莱氏体钢)→锻造→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

预备热处理：等温退火，其目的是获得索氏体和细小粒状碳化物，消除内应力，降低硬度，有利于切削加工。

最终热处理：淬火 +三次 560℃回火.其目的：500-600℃产生二次硬化效应，热硬性，降低残余奥氏体量

二次硬化：淬火高速钢在 500-600℃回火时，由于细小弥散的 W2C和 VC型碳化物从马氏体析出而使钢的硬度和强度明显升高的现象。与二次淬火有关。

二次淬火：淬火高速钢在 500-600℃回火时，残余奥氏体中的碳和合金元素由于碳化物的析出而降低，使其 Ms升高而转变为马氏体。

冷作模具钢

化学成分：wc=0.55% -0.70%，耐磨高硬度工件的 wc=0.85% -2.30%，加入淬透性元素(CrMn)、强碳化物形成元素 (MoW、V)细化晶粒并产生二次硬化效应，加入抗冲击疲劳的元素Si 合金元素总量 10～13%。

常用的冷作模具钢：T8A，T10A，Cr2，Cr2MoV

性能要求：高的强度、硬度、耐磨性和足够的韧性

Cr2MoV工艺路线：铸件(莱氏体钢)→锻造→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

预备热处理：等温退火，其目的是获得粒状珠光体组织，消除内应力，降低硬度，有利于切削加工。

最终热处理：淬火 +低温回火(150-275℃)

热作模具钢(热态金属或液态金属成形的模具用钢)

化学成分：w =0.3% -0.6%，加入淬透性元素(CrNiSiMn)、强碳化物形成元素(MoW)细化晶粒并产生二次硬化效应，加入抗冲击疲劳的元素 Si 属于中碳中合金钢。

常用的高速钢：5CrnMo3CrW8V4CroSi

性能要求：良好的耐磨性和一定的韧性

5Cr nMo工艺路线：锻造→预备热处理→粗切削加工→最终热处理→精切削加工

预备热处理：等温退火，其目的是使碳化物球化，消除内应力，降低硬度，有利于切削加工。

最终热处理：淬火后，立即高温回火

最终热处理组织：回火索氏体(520～540℃)

(回火索氏体 +回火托氏体)(490～510℃)

回火托氏体(490～510℃)

不锈钢

不锈钢耐蚀性的途径

加入 CrNiSi等元素，基体的电极电位，减少微电池数目;

降低碳含量，减少碳化物尤其是碳化铬的析出，一方面避免基体中 Cr含量的减少，另一方面抑制晶间腐蚀。

加入 CrAlSi等，在钢件表面形成致密的钝化膜等基体金属的电极电位.

加入 CrNi使钢在室温下获得单相固溶体组织，也减少微电池数目。

马氏体不锈钢(Cr3型不锈钢)

成分特点：wC =0.1-1.0%，wCr=13-18%，以耐蚀性和淬透性。

典型牌号：12Cr320Cr330Cr340Cr3。

热处理：淬火 +回火。淬火前得到单相奥氏体组织，淬火得到马氏体。碳含量较低的不锈钢经高温回火后得到回火索氏体组织，主要用于要求塑、韧较好的耐蚀零件。40Cr3经低温回火后得到回火马氏体组织，主要用于制造医疗器具、量具。

铁素体不锈钢(Cr7型不锈钢钢)

成分特点：wCr>15%，wC≤0.15%(较低)

典型牌号：10Cr710Cr7Mo008Cr0Mo2.

热处理：退火状态使用。该类钢在氧化性酸中具有良好的耐蚀性，同时具有较高的抗氧化性能。主要缺点：韧性低，脆性大。引起脆性的原因：

①晶粒粗大;

②475℃脆性;

③σ相脆性。

奥氏体不锈钢(18-8型不锈钢钢)

成分特点：wCr=18%，wNi=9%，wC≤0.25%

典型牌号：06Cr9Ni006Cr8NiTi12Cr8Ni

性能：该类钢有 很 好 的 耐 蚀 性，同 时 具 有 优 良 的 抗 氧 化 性 和 力 学 性 能。主 要 缺 点：在 400-850℃保温或缓慢冷却时会发生严重的晶界腐蚀破坏。

热处理：固溶处理 +稳定化处理 +去应力处理

固溶处理：将 wC≤0.25%的 18-8型钢加热至 1000-1150℃，使碳化物全部溶解到奥氏体中，然后快速冷却获得单相奥氏体组织的热处理工艺。

稳定化处理：将含 TiNb的奥氏体不锈钢经固溶处理后，再经 850-900℃保温 1-4h后空冷的一种处理方法。其目的是使之析出 Ti、NbC，抑制 Cr23C6的析出，以防止晶间腐蚀。

去应力处理：消除钢再冷加工或焊接后的残余应力的热处理工艺。一般加热至 300-350℃回火。

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